Σχεδιασµός µε τον Ευρωκώδικα 3

Transcript

1 Σχεδιασµός µε τον Ευρωκώδικα 3 11 Μαΐου Γενικά Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφεται ο αλγόριθµος που χρησηµοποιεί το Steel για τον σχεδιασµό των µεταλλικών κατασκευών σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 3. Το Steel ϐασίζεται στην τελική έκδοση έκδοση του Ευρωκώδικα 3 (Πρότυπο ΕΛΟΤ EN :2005) και στον αντισεισµικό κανονισµό ΝΕΑΚ. ΕΑΚ2000, ΕΑΚ2003 ή Κυπριακό ανάλογα µε την επιλογή του χρήστη. Το Steel προς το παρόν, ελέγχει τις οριακές καταστάσεις αντοχής και ευστά- ϑειας των µελών και δεν ελέγχει τις οριακές καταστάσεις λειτουργικότητας. Ο σχεδιασµός ϐασίζεται στους συνδυασµούς ϕόρτισης που εισάγει ο χρήστης. Από τους συνδυασµούς του χρήστη, παράγονται οι συνδυασµοί που απαιτεί ο ΕΑΚ2003 µε την διαδικασία που ϑα περιγραφεί παρακάτω. Για τον σχεδιασµό, αρχικά υπολογίζονται για κάθε µέλος οι τιµές αντιστάσεων και µετά υπολογίζονται οι τιµές σχεδιασµού των δράσεων σε είκοσι σηµεία πάνω στο µέλος για κάθε συνδυασµό ϕόρτισης. Κατόπιν, υπολογίζονται οι λόγοι F sd F RD όπου F sd η τιµή σχεδιασµού της δράσης και F RD η τιµή της αντίστασης και ϐρίσκεται η δυσµενέστερη περίπτωση. Τιµή του λόγου αυτού µεγαλύτερη της µονάδας δείχνει υπέρβαση. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Παρακάτω αναφαίρεται και η διαδικασία που ακολουθείται για διατοµές κατηγορίας 1, 2 ή 3. Στην παρούσα έκδοση του προγράµµατος όλες οι διατοµές ϑεωρούνται κατηγορίας 3. Σε επόµενη έκδοση ϑα υπάρχει και έλεγχος για κατηγορίες 1 και 2. Στο υπόλοιπο µέρος αυτού του οδηγού, αναφέρονται και επεξηγούνται τα σύµ- ϐολα που χρησιµοποιούνται, ένας οδηγός χρήσης και αναλυτικά όλες οι παραδοχές και οι έλεγχοι που γίνονται από το πρόγραµµα. 2 Πίνακας Συµβόλων Στον παρακάτω πίνακα αναφέρονται όλα τα σύµβολα που χρησιµοποιούνται σε αυτό το κεφάλαιο τα οποία κατα το δυνατό, ταυτίζονται µε τα σύµβολα που χρησιµοποιούνται στον Ευρωκώδικα 3. 1

2 x x y y z z b h t w t f f y f u A I y I z I T I w W pl W pl,y W pl,z W el W el,y W el,z i y i z E G ν λ λ γ M γ Mi N ED M y,ed M z,ed V y,ed V z,ed T ED N RD M y,rd M z,rd N t,rd V pl,rd V pl,t,rd T RD N cr,y N cr,z N cr,t N cr,tf Αξονας κατα µήκος του µέλους Ισχυρός άξονας της διατοµής Ασθενής άξονας της διατοµής Πλάτος διατοµής Υψος διατοµής Πάχος κορµού Πάχος πέλµατος Οριο διαρροής Οριο ϑραύσης Εµβαδό ευτεροβάθµια ϱοπή αδράνειας γυρω από άξονα y y ευτεροβάθµια ϱοπή αδράνειας γυρω από άξονα z z Στρεπτική ϱοπή αδράνειας Αντίσταση σε καµπύλωση Πλαστική ϱοπή αντίστασης Πλαστική ϱοπή αντίστασης y y Πλαστική ϱοπή αντίστασης z z Ελαστική ϱοπή αντίστασης Ελαστική ϱοπή αντίστασης y y Ελαστική ϱοπή αντίστασης z z Ακτίνα αδράνειας ψ Ακτίνα αδράνειας Ϲ Μέτρο ελατικότητας Μέτρο διάτµησης Λόγος Poisson Λυγηρότητα Ανοιγµένη λυγηρότητα Συντελεστής ασφάλειας γενικά Ειδικός συντελεστής ασφάλειας Τιµή σχεδιασµού αξονικής δύναµης Τιµή σχεδιασµού καµπτικής ϱοπής κατα άξονα y y Τιµή σχεδιασµού καµπτικής ϱοπής κατα άξονα z z Τιµή σχεδιασµού διατµητικής δύναµης κατα άξονα y y Τιµή σχεδιασµού διατµητικής δύναµης κατα άξονα z z Τιµή σχεδιασµού στρεπτικής ϱοπής Τιµή αντίστασης αξονικής δύναµης Τιµή αντίστασης καµπτικής ϱοπής κατα άξονα y y Τιµή αντίστασης καµπτικής ϱοπής κατα άξονα z z Τιµή αντίστασης εφελκυστικής αξονικής δύναµης Τιµή αντίστασης διατµητικής δύναµης Τιµή αντίστασης διατµητικής δύναµης µε παρουσία στρέψης Τιµή αντίστασης στρεπτικής ϱοπής Κρίσιµο ϕορτίο καµπτικού λυγισµού γύρω από άξονα y y Κρίσιµο ϕορτίο καµπτικού λυγισµού γύρω από άξονα z z Κρίσιµο ϕορτίο στρεπτικού λυγισµού για ϑλιβόµενη ϱάβδο Κρίσιµο ϕορτίο στρεπτοκαµπτικού λυγισµού για ϑλιβόµενη ϱάβδο 2

3 Σχήµα 1: Οι παράµετροι του προγράµµατος σχεδιασµού 3 Οδηγός χρήσης Η χρήση του προγράµµατος είναι απλή. Στην αρχή από την ϕόρµα που ϕαίνεται στο Σχήµα 1 δίνουµε διάφορες επιλογές, οι οποίες επεξηγούνται παρακάτω, και στην συνέχεια, το πρόγραµµα ελέγχει τα µέλη δίνοντας µας στο τέλος µια αναφορά για το τι ελέγχους έχει κάνει. Κατά τη διάρκεια του ελέγχου, το πρόγραµµα εκτυπώνει διάφορες πληροφορίες (µέλος που ελέγχεται, πρόοδος, χρόνος που αποµένει κλπ) και µας δίνει τη δυνατότητα να σταµατήσουµε τη διαδικασία. 3.1 Παράµετροι Οι παράµετροι που µπορούν να επιλεγούν ϕαίνονται στό Σχήµα 1 και επεξηγούνται παρακάτω: Χαρακτηρισµός: Ο ϕορέας µπορεί να είναι πλαίσιο ή δικτύωµα και µπορεί να χαρακτηριστεί σαν µεταθετό ή αµετάθετο. Αν ο ϕορέας είναι πλαίσιο, µπορεί να ϑεωρηθεί µεταθετό µόνο κατα τον άξονα O X µόνο κατά τον άξονα O Y ή και κατα τις δυο διευθύνσεις. Αν ο ϕορέας έχει χαρακτηριστεί δικτύωµα, τότε µπορεί να χαρακτηριστεί µεταθετό ή αµετάθετο κατά τις δύο διευθύνσεις. Οι άξονες είναι στο απόλυτο σύστηµα. Από το χαρακτηρισµό µεταθετότητας ϑα προσδιοριστεί το νοµογράφηµα για τον υπολογισµό του µήκους λυγισµού. Αµετάθετα πλαίσια:βάσει νοµογραφήµατος (Ευρωκώδικας 3, Υπολογισµός δυσκαµψιών στοιχείων που συντρέχουν στο µέλος κλπ. από 0.50 έως Συνιστώµενη περιοχή από 0.67 έως 1.00) Μεταθετά πλαίσια:από 1.00 έως από αντίστοιχο νοµογράφηµα ικτυώµατα: Οι συντελεστές λυγισµού υπολογίζονται σύµφωνα µε τις συνθήκες στήριξης του κάθε µέλους και τους κανόνες της µηχανικής. 3

4 Αµετάθετα, αµφιαρθρωτά: 0.50 Αµετάθετα, πάκτωση - άρθρωση: 0.85 Αµετάθετα, αµφίπακτα: 1.00 Μεταθετά, αµφίπακτα: 1.00 Μεταθετά, πάκτωση - άρθρωση: 2.00 ιπλές διατοµές Εδώ δίνουµε την απόσταση µεταξύ των ενδιαµέσων ελασµάτων που ϑα συγκολληθούν ανάµεσα στις διπλές διατοµές. Η πληροφορία αυτή χρησιµοποιείται στους υπολογισµούς του µήκους λυγισµού. Μπορεί να δοθεί είτε σε απόλυτη τιµή, δηλαδή να υπάρχει έλασµα Ανά x µέτρα, είτε ανά µέρος του µήκους L/x. Λυγισµός. Εδώ δίνουµε πρόσθετες πληροφορίες για τον υπολογισµό του λυγισµού: Ελεγχος σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό. Επειδή το Steel δεν έχει τρόπο να γνωρίζει αν υπάρχουν στηρίξεις στα µέλη έτσι ώστε ο έλεγχος στρεπτοκαµπτικού λυγισµού να µην χρειάζεται, µπορούµε αποεπιλέγοντας αυτή την επιλογή, να πούµε στο πρόγραµµα να µην κάνει τον έλεγχο. Αλλαγή συντελεστών λυγισµού. Αν επιλέξουµε την επιλογή αυτή, τότε έχουµε την δυνατότητα να επεξεργαστούµε τα µήκη και τους συντελεστές λυγισµού των µελών και να αλλάξουµε τις τιµές που έχει υπολογίσει το πρόγραµµα. Περισσότερα γι αυτή την λειτουργία αναφαίϱονται παρακάτω. Υπολογισµός συντελεστών λυγισµού. Σε περίπτωση που έχουµε αλλάξει τα στοιχεία λυγισµού και ϑέλουµε να επαναφέρουµε τις τιµές που υπολογίζει το πρόγραµµα επιλέγουµε αυτή τη λειτουργία. Υπάρχει περίπτωση το πρόγραµµα να µας υποδείξει να επιλέξουµε αυτή τη λειτουργία αν το αρχείο µε τα δεδοµένα λυγισµού είναι κατεστραµένο ή από άλλη έκδοση. ιαγνωστικά µηνύµατα. Αν επιλέξουµε το ιαγνωστικά σε υπέρβαση τότε το πρόγραµµα ϑα σταµατάει σε περίπτωση υπέρβασης και ϑα έχουµε δυνατότητα επέµβασης µέσω της ϕορµας που ϕαίνεται στο σχήµα 3 περισσότερα για αυτό παρακάτω. Ανεξάρτητα από την προηγούµενη επιλογή, το πρόγραµµα κρατάει αναλυτικές πληροφορίες για τα διαγνωστικά σε αρχείο το οποίο και εµφανίζει στο τέλος της διαδικασίας. Σε περίπτωση τµηµατικού σχεδιασµού, δηλαδή αν διορθώσουµε µερικά µέλη και να ξαναζητήσουµε έλεγχο, πιθανά ϑα ϑέλου- µε ενηµέρωση του υπάρχοντος αρχείου ενώ σε άλλη περίπτωση µπορεί να ϑέλουµε νέο αρχείο ώστε να µην υπάρχουν τα παλιότερα µηνύµατα. Σηµείωση. Το αρχείο αυτό είναι ένα απλό αρχείο κειµένου και ϐρίσκετε στον ϕάκελο της µελέτης µε όνοµα errordia.xxx όπου xxx είναι ο κωδικός της µελέτης. Σχεδιασµός διατοµών. Στην περιοχή αυτή µπορούµε να επιλέξουµε αν ϑα γίνει έλεγχος όλων των µελών ή µόνο των επιλεγµένων ή µερικών µελών. Η επιλογή Ελεγχος των επιλεγµένων µελών δεν είναι ενεργή αν δεν έχουµε επιλέξει µέλη. 4

5 Σχήµα 2: Πίνακας αλλαγής τιµών λυγισµού 3.2 Αλλαγή συντελεστών λυγισµού Αν έχουµε επιλέξει Ἁλλαγή συντελεστών λυγισµού τότε µετά τον πίνακα µε τις παραµέτρους, εµφανίζεται ο πίνακας του σχήµατος 2. Οι τιµές που δείχνει αρχικά είναι οι τιµές που υπολογίζει αυτόµατα το πρόγραµµα. Η σηµασία των συµβόλων που εµφανίζονται σε αυτόν τον πίνακα ϕαίνεται πα- ϱακάτω: By Συντελεστής λυγισµού για καµπτικό λυγισµό γύρω από άξονα y MBy Συντελεστής λυγισµού για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό γύρω από άξονα y Bz Συντελεστής λυγισµού για καµπτικό λυγισµό γύρω από άξονα z MBz Συντελεστής λυγισµού για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό γύρω από άξονα z Ly Μήκος λυγισµού για λυγισµό γύρω από άξονα y σε (m) Lz Μήκος λυγισµού για λυγισµό γύρω από άξονα z σε (m) C1 Αν η τιµή σε ατή τη στήλη είναι < 0 τότε το αντίστοιχο µέλος δεν ελέγχεται σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό, αν είναι = 0 τότε ο έλεγχος γίνεται µε την τιµή της C1 της εξίσωσης 6.6 να υπολογίζεται αυτόµατα από το πρόγραµµα, αν είναι > 0 τότε ο έλεγχος γίνεται µε τιµή της C1 ίση µε την τιµή της στήλης αυτής. 3.3 Μηνύµατα σχεδιασµού Αν έχουµε επιλέξει ιαγνωστικά σε υπέρβαση τότε σε περίπτωση υπέρβασης κατα τον έλεγχο, εµφανίζεται ο διάλογος του σχήµατος 3 Σε αυτόν το διάλογο εµφανίζεται το µέλος που ελέγχεται ο συνδυασµός ϕόρτισης και η ϑέση που συνέβει η υπέρβαση καθώς και ένα επεξηγηµατικό µήνυµα (Για τα µηνύµατα αυτά υπάρχουν αναλυτικές πληροφορίες στην παράγραφο 8) Κάτω από το χώρο µε τα µυνήµατα έχουµε τις επιλογές για την συνέχεια της διαδικασίας: Συνέχεια. Αν επιλέξουµε αυτή την επιλογή, τότε το πρόγραµµα ϑα συνεχίσει και ϑα διακόψει πάλι τη διαδικασία στην επόµενη υπέρβαση. 5

6 Σχήµα 3: Μηνύµατα σχεδιασµού Οχι άλλη διακοπή στο µέλος. Η διαδικασία ϑα συνεχιστεί χωρίς να διακοπεί αν υπάρξει υπέρβαση στο ίδιο µέλος. Το πρόγραµµα ϑα διακόψει αν υπάρξει υπέρβαση σε άλλο µέλος. Οχι άλλη διακοπή από το ίδιο διαγνωστικό σε όλα τα µέλη. Το πρόγραµµα δεν ϑα ξαναδιακόψει για υπέρβαση από την ίδια αιτία. Οχι άλλη διακοπή από όλα τα διαγνωστικά σε όλα τα µέλη. Το πρόγραµµα δεν ϑα ξαναδιακόψει σε οποιαδήποτε υπέρβαση. Αύξηση διατοµών από τις διατοµές έργου. Το πρόγραµµα ϑα ψάξει στις διατοµές που έχουν επιλεγεί για το έργο να ϐρεί αν κάποια έχει πιθανότητα να περνάει τον έλεγχο. Αύξηση διατοµών από τις γενικές διατοµές. Οπως στην προηγούµενη πε- ϱίπτωση, µόνο που ψάχνει στην γενική ϐιβλιοθήκη των διατοµών. Ανεξάρτητα αν επιλέξουµε να διακόπτει το πρόγραµµα σε υπερβάσεις ή όχι οι υπερβάσεις καταγράφονται στο αρχείο και µπορούµε να τις δούµε στο τέλος της διαδικασίας. Επίσης αν επιλέξουµε αλλαγή µέλους, τότε οι αλλαγές που έγιναν καταγράφονται και στο τέλος µπορούµε να τις δούµε. Αν το πρόγραµµα ϑεωρεί ότι κάποια από τις διατοµές που δοκίµασε επαρκεί, τότε ϑα εµφανιστεί µια γραµµή µε το όνοµα του µέλους και το όνοµα τις διατοµή στην εξής µορφή ==>2 IPBl600 ΟΚ <== αυτό σηµαίνει ότι στο µέλος 2 ϑα επαρκούσε η διατοµή IPBl600. Σηµείωση: Οταν το πρόγραµµα κάνει αύξηση διατοµών, δεν σηµαίνει ότι αλλάζει τον ϕορέα. Η αυξηση των διατοµών είναι µια πρόταση προς τον χρήστη. 6

7 3.4 Τέλος διαδικασίας Οταν η διαδικασία του σχεδιασµού ολοκληρωθεί, εµφανίζονται τα µηνύµατα υπέρβασης (αν υπάρχουν) και κατόπιν αν έχουν γίνει αλλαγές. Εδώ έχουµε τη δυνατότητα να εκτυπώσουµε αν ϑέλουµε αυτές τις πληροφορίες. Επίσης, δη- µιουργούνται ειδικά αρχεία ώστε να είναι δυνατή η εκτύπωση των αποτελεσµάτων του σχεδιασµού από τον κωδικό των εκτυπώσεων του Steel. 4 Εντατικά µεγέθη Τα εντατικά µεγέθη υπολογίζονται από το Steel από την επίλυση σύµφωνα µε τα δεδοµένα του ϕορέα (γεωµετρία και ϕορτία). Τα µεγέθη που υπολογίζονται για κάθε περίπτωση ϕόρτισης είναι: Η αξονική δύναµη N t,ed ή N b,ed οι τέµνουσες δυνάµεις V y,ed και V z,ed οι καµπτικές ϱοπές M y,ed και M z,ed και οι στρεπτική ϱοπή T t,ed. Το Steel δεν υπολογίζει αυτόµατα και δεν προσθέτει ϕορτία για ατέλειες µελών και κατασκευής. Ο χρήστης πρέπει να λάβει τις ατέλειες υπόψη µε τα ϕορτία που επιβάλει ο ίδιος στο µοντέλο. Επιπροσθέτως, αν έχει επιλεγεί αντισεισµικός κανονισµός ΕΑΚ2000 ή ΕΑΚ2003, τότε δηµιουργούνται εντατικά µεγέθη από τρεις περιπτώσεις ϕόρτισης για σεισµική δράση X(X 1, X 2, X 3 ) και τρείς περιπτώσεις ϕόρτισης για σεισµική δράση Y (Y 1, Y 2, Y 3 ). X 1 = Y KB + 0.1Ly X 2 = Y KB 0.1Ly X 3 = Y KB Y 1 = X KB + 0.1Lx Y 2 = X KB 0.1Lx Y 3 = X KB Συνδυαζόµενες ανά δύο προκύπτουν 9 συνδυασµοί: 1 X 1, Y 1, Z 2 X 1, Y 2, Z 3 X 1, Y 3, Z 4 X 2, Y 1, Z 5 X 2, Y 2, Z 6 X 2, Y 3, Z 7 X 3, Y 1, Z 8 X 3, Y 2, Z 9 X 3, Y 3, Z Για κάθε συνδυασµό υπολογίζονται 10 εντατικά µεγέθη, που είναι: MY αρχής, MY τελους, MZ αρχής, MZ τέλους, N αρχής, Mστρέψη αρχής, QY αρχής, Qz αρχής, Qz τέλους, QY τέλους. Εάν το κάθε µέγεθος λάβει την πιθανή ακραία τιµή του, δηµιουργούνται 10 υποπεριπτώσεις: 1η υποπερίπτωση MY αρχής Max, MY τελους, MZ αρχής, MZ τέλους, N αρχής, Mστρέψη αρχής, QY αρχής, Qz αρχής, Qz τέλους, QY τέλους 2η υποπερίπτωση MY αρχής, MY τελους Max, MZ αρχής, MZ τέλους, N αρχής, Mστρέψη αρχής, QY αρχής, Qz αρχής, Qz τέλους, QY τέλους 7

8 10η υποπερίπτωση. MY αρχής, MY τελους, MZ αρχής, MZ τέλους, N αρχής, Mστρέψη αρχής, QY αρχής, Qz αρχής, Qz τέλους, QY τέλους Max Οι 10 υποπεριπτώσεις εµφανίζονται για καθένα από τους 9 προαναφερθέντες συνδυασµούς και καταχωρούνται ως 90 περιπτώσεις ϕόρτισης διευθυνση διαδοχικά τα Max διευθυνση διαδοχικά τα Max διευθυνση διαδοχικά τα Max. ηλαδή, εάν στο πρώτο ψηφίο της ϕόρτισης προστεθεί ο αριθµός 1, δηλώνει τη διέθυνση (1 9) και το δέυτερο ψηφίο δείχνει πιό µέγεθος έχει λάβει τη πιθανή µέγιστη ακραία τιµή. Ετσι η περίπτωση ϕόρτισης 57 σηµαίνει: 6η διεύθυνση=(5+1)=x2, Y3, Z µε µέγιστο το 7ο εντατικό δηλαδή MY αρχής, MY τελους, MZ αρχής, MZ τέλους, N αρχής, Mστρέψη αρχής, QY αρχής Max, Qz αρχής, Qz τέλους, QY τέλους 5 Συνδυασµοί ϕόρτισης Οι συνδυασµοί ϕόρτισης εισάγονται από τον χρήστη. Το Steel έχει έτοιµους κάποιους τυπικούς συνδυασµούς καθώς και εργαλεία για την δηµιουργία συνδυασµών από αέρα ή χιόνι σύµφωνα µε τον Ευρωκώδικα 1. Αν έχει επιλεγεί αντισεισµικός κανονισµός ΕΑΚ2000 ή ΕΑΚ2003, τότε το Steel ακολουθώντας τις τροποποιήσεις του ΕΑΚ2000, υπολογίζει το σεισµό για τυχούσα διεύθυνση και µε τις συνιστώσες του στατικά ανεξάρτητες. Σε αυτή την περίπτωση ϑα αρκούσε ένας συνδυασµός, όπως για παράδειγµα ο ακόλουθος, 1.0ΠΦ ΠΦ2 + ψπφ11 Το πρόγραµµα αντιλαµβάνεται το συντελεστή της ΠΦ2 ως διακόπτη, ο οποίος δηλώνει απλά ότι ο συνδυασµός περιλαµβάνει και την επίδραση του σεισµού κατά την έννοια του ΕΑΚ2000 και όχι ως αριθµητική τιµή. Θα µπορούσε να υπάρχει οποιοσδήποτε αριθµός στη ϑέση του συντελεστή ασφάλειας αρκεί να µην είναι µηδέν. Το πρόγραµµα ϑα αγνοήσει την αριθµητική τιµή, στον έλεγχο των διατοµών εφόσον έχετε λύσει µε ΕΑΚ2000. Τα ίδια ισχύουν και για τους συντελεστές των περιπτώσεων ϕόρτισης ΠΦ3 και ΠΦ10 (κατακόρυφος σεισµός). 6 Υπολογισµός αντιστάσεων Ο υπολογισµός των αντιστάσεων σε εφελκυσµό, ϑλίψη, διάτµηση και κάµψη γίνεται για τις κατηγορίες διατοµών 1,2 και 3 σύµφωνα µε όσα αναφέρονται στα παρακάτω εδάφια. Οι συντελεστές ασφάλειας καθώς και τα χαρακτηριστικά των υλικών, διαβάζονται από τα αρχεία υλικών του Steel και µπορούν να αλλάξουν από τον χρήστη από τις αντίστοιχες λειτουργίες του Steel. 8

9 Το Steel δεν αντιµετωπίζει, προς το παρόν, διατοµές κατηγορίας 4. Αν µια διατοµή ϐρεθεί να είναι κατηγορίας 4, τότε το Steel ϑα τυπώσει µια προειδοποίηση ώστε ο χρήστης να µπορεί να διερευνήσει το µέλος και ϑα το αντιµετωπίσει σαν να ήταν κατηγορίας Εφελκυσµός Η τιµή αντίστασης σε εφελκυσµό υπολογίζεται από την σχέση: N t,rd = Af y γ M0 (1) ΕΝ : Το Steel δεν λαµβάνει υπόψη τις οπές από κοχλίες. Στην περίπτωση αυτή, ο χρήστης πρέπει να κάνει περισσότερη διερεύνυση. 6.2 Θλίψη Η τιµή αντίστασης σε ϑλίψη υπολογίζεται από την σχέση: N c,rd = min{n pl,rd, N b,rd } (2) όπου και όπου N pl,rd = Af y γ M0 (3) N b,rd = χaf y γ M1 (4) ΕΝ : χ = 1 Φ Φ 2 λ 2 Φ = 0.5[1 + α( λ 0.2) + λ 2 ] Afy λ = = L cr N cr i E λ 1 = π f y 1 λ 1 α Είναι ο συντελεστής ατελειών και λαµβάνεται από τον Πίνακα 6.1 και 6.2 του Ευρωκώδικα 3. Οι τιµές του L cr υπολογίζονται από το Steel ή δίνονται από τον χρήστη όπως αναφέρθηκε παραπάνω. Για µέλη µε ανοικτές διατοµές, υπολογίζεται και η αντίσταση σε στρεπτικό και στρεπτοκαµπτικό λυγισµό ώστε να εξασφαλιστεί οτι η αντοχή σε αυτές τις µορφές λυγισµού είναι µεγαλύτερη από την αντοχή σε καµπτικό λυγισµό. Ο έλεγχος για στρεπτικό και στρεπτοκαµπτικό λυγισµό γίνεται µε την προηγούµενη διαδικασία (Εξ 4) µε την αδιάστατη λυγηρότητα να υπολογίζεται για διατοµές κατηγορίας 1,2 και 3 από την εξίσωση: ΕΝ : λ = Afy N cr (5) 9

10 όπου αλλά N cr = N cr,tf N cr N cr,t Το ελαστικό κρίσιµο ϕορτίο στρεπτικού λυγισµού για µια ϑλιβόµενη ϱάβδο µε απλές στρεπτικές στηρίξεις στα άκρα της δίνεται από τη σχέση: N cr,t = 1 i 2 M (GI t + π2 EI w L 2 ) (6) T Το ελαστικό κρίσιµο ϕορτίο στρεπτοκαµπτικού λυγισµού για µια ϑλιβόµενη ϱάβδο είναι η µικρότερη ϱίζα της εξίσωσης: i 2 M(N cr,tf N cr,z )(N cr,tf N cr,y )(N cr,tf N cr,t ) N 2 cr,tf z2 M (N cr,tf N cr,y ) N 2 cr,tf y2 M (N cr,tf N cr,z ) = 0 (7) όπου i 2 M = i2 y + i 2 z + ym 2 Η πολική ϱοπή αδράνειας της διατοµής ως προς κέντρο διάτµησης. z M, y M Η αποστάσεις κέντρου ϐάρους κέντρου διάτµησης της διατοµής. I t, I w Οι σταθερές στρέψης και στρέβλωσης της διατοµής. L T Το µήκος λυγισµού έναντι στρέψης L T = L για απλές στηρίξεις, L T = 0, 5L για πακτώσεις. Για λ 0, 2 Τα ϕαινόµενα λυγισµού αγνοούνται και υπολογίζεται µόνο το N pl,rd (Παράγραφος (4) του Ευρωκώδικα 3) 6.3 ιάτµηση Η τιµή αντίστασης σε διατµηση υπολογίζεται από την σχέση: V pl,rd = A v(f y / 3) γ M0 (8) ΕΝ : όπου A v είναι: (Παράγραφος 6.2.6(3) Ευρωκώδικα 3) ιατοµές Ι και Η ϕόρτιση παράλληλη στον κορµό A 2bt f + (t w + 2r)t f h w t w ιατοµές Ι και Η ϕόρτιση παράλληλη στα πέλµατα 2bt f (t w + 2r)t f ιατοµές U ϕόρτιση παράλληλη στον κορµό A 2bt f + (t w + r)t f ιατοµές Τ ϕόρτιση παράλληλη στον κορµό 0, 9(A bt f ) Ορθογωνικές και τετραγωνικές κοιλοδοκοί ϕόρτιση παράλληλη στο ύψος Ah/(b + h) ϕόρτιση παράλληλη στο πλάτος Ab/(b + h) Κυκλικές κοιλοδοκοί 2A/π Ράβδοι κυκλικής και ορθογωνικής διατοµής A Στις υπόλοιπες περιπτώσεις λαµβάνεται A v = s i A όπου s i είναι ο συντελεστης διάτµησης κατά y y ή z z και εισάγεται από τον χρήστη στο Steel. Η εξ ορισµού τιµή των συντελεστών αυτών είναι s y = s z = 0.8. Αν έχω συνδυασµό διατµησης και στρέψης τότε αντί την τιµή αντίστασης V pl,rd χρησιµοποιείται η V pl,t,rd η οποία υπολογίζεται απο τις παρακάτω σχέσεις 10

11 ιατοµές Ι και Η ιατοµές U V pl,t,rd = V pl,t,rd = [ 1 τ t,ed (f y / V pl,rd (9) 3)/γ M0 τ t,ed 1.25(f y / 3)/γ M0 τ w,ed (f y / 3)/γ M0 ] V pl,rd (10) Κοιλοδοκοί [ ] τ t,ed V pl,t,rd = 1 (f y / V pl,rd (11) 3)/γ M0 6.4 Στρέψη Η τιµή αντίστασης σε στρέψη προκύπτει από το άθροισµα των ϱοπών των τοιχωµάτων και υπολογίζεται από την σχέση: ) ( T RD = ( 1 4 b i t 2 i i f y / ) 3 γ M0 (12) όπου b i το µήκος και t i το πάχος του τοιχώµατος i. 6.5 Κάµψη Οι τιµές αντίστασης σε κάµψη κατα τους άξονες y y και z z, εξαρτώνται από την κατηγορία της διατοµής και από την παρουσία διατµητικών δυνάµεων. ιακρίνουµε δύο περιπτώσεις: Αν V ED 0.5V pl,rd ΕΝ : ΕΝ : , Για κατηγορίες διατοµών 1 και 2 έχουµε Για κατηγορία διατοµών 3 έχουµε Αν V ED > 0.5V pl,rd Για κατηγορίες διατοµών 1 και 2 έχουµε Για κατηγορία διατοµών 3 έχουµε M c,rd = M pl,rd = W plf y γ M0 (13) M c,rd = M el,rd = W elf y γ M0 (14) M c,rd = M pl,rd = W pl(1 ρ)f y γ M0 (15) M c,rd = M el,rd = W el(1 ρ)f y γ M0 (16) 11

12 όπου: ρ = ( ) 2 2VED 1 V pl,rd Αν υπάρχει και στρέψη τότε το ρ δίνεται από την ρ = αλλά ρ = 0 αν V ED 0.5V pl,t,rd 6.6 Στρεπτοκαµπτικός λυγισµός ( ) 2 2VED 1 V pl,t,rd Ενα µέλος χωρίς πλευρικές στηρίξεις που υπόκειται σε κάµψη γύρω από τον ισχυρό άξονα ελέγχεται για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό. Σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό, ϑεωρούµε ότι δεν είναι ευαίσθητα τα µέλη µε επαρκή στήριξη στο ϑλιβόµενο πέλµα και επίσης µέλη µε διατοµές τετραγωνικής και κυκλικής κοιλοδοκού ή τετραγωνικών ϱάβδων. Επειδή το Steel δεν έχει τρόπο να ξέρει τον τρόπο στήριξης των δοκών έχει επιλογή για να µην γίνεται ο έλεγχος στρεπροκαµπτικού λυγισµού. Οι τιµή αντίστασης σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό υπολογίζεται ως εξής: M b,rd = χ LT W y f y γ M1 (17) ΕΝ : όπου: W y = W pl,y για κατηγορίες διατοµών 1 και 2 W y = W el,y για κατηγορία διατοµών 3 χ LT Είναι ο µειωτικός συντελεστής για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό και ο προσδιο- ϱισµός του γίνεται όπως παρακάτω: χ LT = 1 Φ LT + Φ 2 LT λ LT Φ LT = 0.5[1 + α LT ( λ LT 0.2) + λ 2 LT ] λ LT = Wy f y M cr α LT Είναι ο συντελεστής ατελειών για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό και λαµβάνεται από τους πίνακες 6.3 και 6.4 του Ευρωκώδικα 3. Η ϱοπή M cr υπολογίζεται (συντηριτικά) από την παρακάτω σχέση: M cr = C 1π 2 EI z K 2 Iw I z + K 2 π 2 GI T EI z όπου αν η C 1 δεν έχει δοθεί από τον χρήστη όπως περιγράφεται στο εδάφιο 3.2 λαµβάνεται ως: C 1 = Αν το µήκος λυγισµού είναι ίσο µε το µήκος του µέλους διαφορετικά C 1 = 1.0 K 2 = (KL) 2 µε K = 1.0 και L το µήκος λυγισµού. 12

13 7 Υπολογισµός λόγων τιµών σχεδιασµού δράσεων τιµών αντίστασης 7.1 Εφελκυσµός Πρέπει να ισχύει: N t,rd όπως υπολογίζεται από την εξίσωση Θλίψη Πρέπει να ισχύει: N c,rd όπως υπολογίζεται από την εξίσωση ιάτµηση Πρέπει να ισχύει για κάθε κατευθυνση: N ED N t,rd 1.0 (18) N ED N c,rd 1.0 (19) V ED V pl,rd 1.0 (20) V pl,rd όπως υπολογίζεται από την εξίσωση 8 Στην περίπτωση που έχουµε ταυτόχρονα και στρέψη πρεπει να ισχύει για τις διατοµές που ορίζεται η V pl,t,rd εξίσωση 9 ή 10 ή 11 V ED V pl,t,rd 1.0 (21) Για τις διατοµές που δεν ορίζεται η V pl,t,rd πρέπει να ισχύει η παρακάτω σχέση: ( ) 2 VED + T ED 1.0 (22) V pl,rd T RD T RD όπως ορίζεται στην εξίσωση Στρέψη Στην περίπτωση που έχουµε στρέψη πρέπει να ισχύει: T RD όπως ορίζεται στην εξίσωση Στρεπτοκαµπτικός λυγισµός T ED T RD 1.0 (23) Στην περίπτωση που χρειάζεται έλεγχος σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό (για προϋποθέσεις ϐλ. παράγραφο 6.6 πρεπει να ισχύει: M b,rd όπως ορίζεται στην εξίσωση 17 M ED M b,rd 1.0 (24) 13

14 7.6 Κάµψη, αξονική και διάτµηση Πρέπει να ισχύει: N ED N RD + M y,ed M y,c,rd + M z,ed M z,c,rd 1.0 (25) όπου N RD υπολογίζεται από τις εξισώσεις 1, 2 M y,c,rd, M z,c,rd Υπολογίζονται από τις εξισώσεις 13 ή 14 άν έχω χαµηλή διάτµηση και τις εξισώσεις 15 ή 16 άν έχω υψηλή διάτµηση. 7.7 Κάµψη, αξονική ϑλίψη και διάτµηση Πρέπει να ισχύουν: N ED M y,ed χ yn Rk + k yy M γ M1 χ y,rk LT γ M1 M z,ed + k yz M z,rk 1.0 (26) γ M1 ΕΝ : N ED χ zn Rk M χ y,rk LT γ M1 γ M1 + k zy M y,ed M z,ed + k zz M z,rk 1.0 (27) γ M1 όπου: χ y, χ z Είναι οι µειωτικοί συντελεστές για τον καµπτικό λυγισµό. χ LT Είναι ο µειωτικός συντελεστής για στρεπτοκαµπτικό λυγισµό. k yy, k yz, kzy, kzz Συντελεστές αλληλεπίδρασης. Υπολογίζονται µε ϐάση το πα- ϱάρτηµα Β του Ευρωκώδικα. Οι τιµές N Rk και M i,rk δίνονται στον παρακάτω πίνακα: Κατηγορία A i Α Α Α W y W pl,y W pl,y W el,y W z W pl,z W pl,z W el,z Τιµές για N Rk = f y A i, M i,rk = f y W i 8 Μηνύµατα σε υπέρβαση Κατά την διάρκεια των ελέγχων, εµφανίζονται τα παρακάτω µηνύµατα υπέρ- ϐασης. ίπλα στα µηνύµατα, εµφανίζεται ο αριθµός της αντίστοιχης εξίσωσης. ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ. Εξίσωση 18 ΘΛΙΨΗ. Εξίσωση 19 ΙΑΤΜΗΣΗ Y, ΙΑΤΜΗΣΗ Z. Εξίσωση 20 ανά κατεύθυνση ΚΑΜΨΗ Y, ΚΑΜΨΗ Z. Εξίσωση 25 ΣΤΡΕΨΗ. Εξίσωση 23 ΚΑΜΨΗ ΚΑΙ ΘΛΙΨΗ. Εξίσωσεις 26 και 27 ΣΤΡΕΠΤΟΚΑΜΠΤΙΚΟΣ ΛΥΓΙΣΜΟΣ. Εξίσωση 24 14

15 Σχήµα 4: Σχεδιασµός µελών συνοπτικά ΚΑΜΨΗ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ ΧΑΜΗΛΗ ΙΑΤΜΗΣΗ. Εξίσωση 25 ΚΑΜΨΗ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ ΥΨΗΛΗ ΙΑΤΜΗΣΗ. Εξίσωση 25 µε τις αλλαγές λόγω υψηλής διάτµησης ΚΑΜΨΗ ΘΛΙΨΗ ΧΑΜΗΛΗ ΙΑΤΜΗΣΗ. Εξίσωση 25 ΚΑΜΨΗ ΘΛΙΨΗ ΥΨΗΛΗ ΙΑΤΜΗΣΗ. Εξίσωση 25 µε τις αλλαγές λόγω υψηλής διάτµησης 9 Πορεία ελέγχων Η σειρά µε την οποία το πρόγραµµα κάνει τους ελέγχους είναι η παρακάτω: Ελεγχεται αν υπάρχει στρέψη οπότε αναπροσαρµόζεται η τιµή V pl,rd όπως αναφέρεται στην 6.3. Ελέγχεται αν υπάρχει υψηλή διάτµηση οπότε αναπροσαρµόζονται ανάλογα η τιµές M c,rd όπως αναφέρεται στην 6.5. Γίνονται οι έλεγχοι διάτµησης - Στρέψης. Γίνονται οι έλεγχοι αξονικών δυνάµεων και καµπτικών ϱοπών. Γίνονται οι έλεγχοι στρεπτοκαµπτικού λυγισµού αν είναι απαραίτητοι. Σε περίπτωση που κάποιος έλεγχος αποτύχει, τότε εµφανίζεται µήνυµα όπως αναφέρεται σε προηγούµενα εδάφια και ο έλεγχος συνεχίζεται εως ότου να ελεγθεί το µέλος για όλους τους συνδυασµούς ϕόρτισης. Η δυσµενέστερη κατάσταση για το µέλος, αποθηκεύεται σε αρχείο για την εµφάνιση των αποτελεσµάτων. 10 Εκτυπώσεις αποτελεσµάτων Οι εκτυπώσεις των αποτελεσµάτων του σχεδιασµού γίνονται από τις γενικές εκτυπώσεις του Steel επιλέγοντας Σχεδιασµός: Συνοπτικό. Στο σχήµα 4 ϕαίνεται µια συνοπτική εκτύπωση των αποτελεσµάτων. Σε κάθε µέλος αντοιστοιχούν δύο γραµµές στον πίνακα. Στην πρώτη γραµµή έχουµε κατα σειρά: Το όνοµα του µέλους, τον λόγο για τους ελέγχους αξονικής δύναµης 15

16 Σχήµα 5: Αναλυτική εκτύπωση σχεδιασµού και κάµψης ( Ορθή ), τον λόγο για τους ελέγχους στρέψης διατµητικών δυνάµεων ( ιατ. ), τον λόγο για τον έλεγχο σε στρεπτοκαµπτικό λυγισµό ( Στρ-Κα ), τον µέγιστο λόγο για το µέλος ( max ), τους συντελεστές λυγισµού και τα µήκη λυγισµού ( By Bz Ly Lz ), τον συνδυασµό ϕόρτισης ( ΣΦ ) και την ϑέση σε µέτρα από την αρχή του µέλους για την οποία έγινε ο έλεγχος ( Θεσ ) και τέλος, η τελευταία στήλη ( Ε ) στην οποία υπάρχει ένα * αν υπάρχει υπέρβαση στο µέλος. Στη δευτερη γραµµή έχουµε τα µεγέθη σχεδιασµού. Οι µονάδες στα µήκη και αποστάσεις είναι σε m στις δυνάµεις είναι σε kn και στις ϱοπές είναι σε knm. Εκτός από την συνοπτική εκτύπωση, έχουµε τη δυνατότητα να πάρουµε και αναλυτική εκτύπωση των αποτελεσµάτων του σχεδιασµού από την επιλογή Ἁναλυτική εκτύπωση σχεδιασµού στο menu Εµφάνιση του Steel. Η επιλογή αυτή είναι διαθέσιµη µόνο άν έχει γίνει ο σχεδιασµός και µπορούµε να επιλέξουµε για ποιά µέλη ϑα έχουµε εκτύπωση µε τους συνηθισµένους τρόπους επιλογής του Steel. 16

17 11 Βιβλιογραφία 1. ΕΛΟΤ EN : Ευρωκώδικας 3: Σχεδιασµός κατασκευών από χάλυβα - Μέρος 1-1: Γενικοί κανόνες και κανόνες για κτίρια. 2. Βάγιας Ι. : Σιδηρές κατασκευές. Ανάλυση και διαστασιολόγηση. Κλειδά- ϱιθµος Βάγιας Ι., Ερµόπουλος Ι., Ιωαννίδης Γ.: Σχεδιασµός δοµικών έργων από χάλυβα. Κλειδάριθµος Βάγιας Ι., Ερµόπουλος Ι., Ιωαννίδης Γ.: Σιδηρές Κατασκευές. Παραδείγµατα εφαρµογής του Ευρωκώδικα 3. Τόµοι Ι και ΙΙ. Κλειδάριθµος 1999, Εταιρεία Ερευνών Μεταλλικών Εργων (ΕΕΜΕ): Μεταλλικές Κατασκευες. Τό- µοι 1-4. Εκδοτικός Οργανισµός Γρηγ. Φούντας. 17